211service.com
Tvåtaktsmotorn, omprövat
EcoMotors International, en startup baserad i Troy, Michigan, har ett nytt förhållningssätt till en gammal idé – tvåtaktsmotorn – som den säger är upp till 50 procent effektivare än de flesta fordonsmotorer och förorenar mycket mindre än en konventionell tvåtaktsmotor. motor.
Testa, testa: EcoMotors har byggt och testat fem generationer av sin OPOC-motor och räknar med att börja testa en sjätte denna månad.
Företaget fick nyligen en sammanlagd investering på 23,5 miljoner dollar från Bill Gates och Khosla Ventures. De pengarna kommer att gå till utvecklingen av EcoMotors motor med motsatt kolv, motsatt cylinder (OPOC). Motorn använder två kolvrörelser per cykel, istället för fyra, och varje cylinder innehåller två motsatta kolvar, istället för en. En enkel vevaxel sitter mellan paren av cylindrar. Designen bygger på exakt datoriserad kontroll av alla komponenter.
En konventionell bilmotor tar fyra kolvrörelser, eller slag, för att gå igenom insug, kompression, förbränning och avgas. I en tvåtaktscykel avslutas dessa steg med bara två kolvrörelser, vilket ger dubbelt så många kraftslag per varv och kräver färre delar. Men tvåtaktsmotorer tenderar att spy ut mer oförbränt bränsle i avgaserna, vilket är anledningen till att fyrtaktsdesignen blev vanligare.
Att sätta två kolvar inuti varje cylinder innebär också att varje kolv bara går hälften så långt som den normalt skulle göra i en tvåtaktsmotor, vilket gör att motorn går snabbare. Att ha hälften så många delar som en konventionell motor (OPOC har inte cylinderhuvud eller ventiltågskomponenter och den har färre lager) hjälper till att minska friktion och värmeförlust. Dessa faktorer, i kombination med en lång lista med 1 och 2 procents förbättringar inom andra områden, säger Ecomotors VD Don Runkle, står för en effektivitetsförbättring på 15 procent.
Runkle säger att flera tekniker har hjälpt till att minska utsläppen från tvåtaktsmotorn. För det första tillåter en elektrisk turboladdare variabelt kompressionsförhållande, varvid inloppstrycket som matas in i motorns cylindrar varieras för att maximera effektiviteten. För det andra hjälper ett tillvägagångssätt som kallas asymmetrisk porttiming – att öppna insugs- och avgasportarna vid olika tidpunkter – till att förbättra effektiviteten av gasutbytet. Och för det tredje, högtrycksinsprutning och datoriserad kontroll av injektion förbättrar cykelns totala effektivitet. Även om det inte är ovanligt i andra motorer idag, säger Runkle, är denna teknik nu mycket bättre än vad som fanns när många av oss försökte få tvåtaktare att fungera tidigare.
Den grundläggande OPOC-motorn består av två cylindrar på vardera sidan av en vevaxel. Flera motorer, eller moduler, kan användas tillsammans för att öka bränsleeffektiviteten i ett fordon med så mycket som 45 procent. Utöver effektivitetsvinsterna med själva motorn kan extra moduler avaktiveras när de inte behövs. Nyckeln till designen är en elektriskt styrd koppling, som kopplar ur en modul vid behov. Vissa moderna V8-motorer har cylinderavaktivering, men kolvarna fortsätter att svänga på grund av deras anslutning till vevaxeln, vilket resulterar i vad som kallas parasitförlust.
Bryta ner: Varje motormodul har ett par motsatta cylindrar och en enda vevaxel mellan dem. Två kolvar i varje cylinder rör sig i motsatta riktningar.
Giorgio Rizzoni, chef för Center for Automotive Research vid Ohio State University, säger att OPOC-motorn ser ut som en kombination av olika idéer, varav ingen är absolut revolutionerande. Motkolvmotorer har använts i flygplan och motorcyklar, konstaterar han, medan elektriska turboladdare har funnits i flera år som ett sätt att förbättra prestanda hos turbomotorer. Det som slår Rizzoni som annorlunda är den nya motorns syntes av gamla idéer i kombination med ett arrangemang med dubbla kolvar.
EcoMotors, som säkrade ett utvecklingsavtal på 18 miljoner dollar med Kina-baserade billeverantören Zhongding i maj, är ett av flera unga företag som arbetar med att uppdatera förbränningsmotorn inför strängare bränsleekonomiska standarder. Ett antal av dem, inklusive San Diego-baserade Achates Power , är fokuserade på tvåtaktsarkitekturer. I mitten av 90-talet trodde folk att tvåtaktsmotorer verkligen inte kunde uppfylla utsläppskraven, säger Achates vd David Johnson.
Dave Hurst , en senioranalytiker på Pike Research, som specialiserar sig på energiteknik, säger att den största utmaningen för alla motorstarter som hoppas kunna licensiera innovationer till stora biltillverkare är att dessa potentiella kunder anser att motorer är deras kärnteknologi och därför är mer benägna att designa nya motorer själva.
Vid det här laget, säger Runkle, arbetar EcoMotors med att förfina motorns förbränningsprocess och bestämma utsläpp, effektivitet och effekt under alla möjliga omständigheter. De flesta bilföretag, förklarade han, kommer att vilja se dessa uppgifter innan de tar steget för att implementera EcoMotors teknologi.
Även om EcoMotors strävar efter att säkra licensierings- och kodutvecklingsavtal, hoppas företaget också kunna göra åtminstone en del tillverkning själv. EcoMotors har begärde 208 miljoner dollar i lån från det amerikanska energidepartementet för att stödja den ansträngningen, och enligt Runkle räknar företaget med att komma in i tillverkning under de kommande två eller tre åren.